問題29 增程式電動汽車的控制策略是怎樣的？

因為增程式電動汽車具有發動機和動力電池兩個能量源，所以需要良好的控制策略來實現兩者的協調工作，提高整車性能，改善燃油經濟性。

E-REV運行按照動力電池的狀態分為兩種模式：一種是電量消耗（Charge Depleting，CD）狀態；另一種是電量保持（Charge Sustain，CS）狀態。兩種模式轉換與驅動功率分配如圖3-19和圖3-20所示。

初始時刻，電池系統SOC處于最高值狀態，車輛運行過程中，動力電池是唯一的動力源，驅動電機的功率完全由動力電池提供。此階段由于APU系統完全關閉，動力電池荷電狀態SOC呈下降趨勢，降到SOC下限值進入電量保持階段。E-REV模式轉換示意圖如圖3-21所示。

1.純電動驅動模式控制策略

CD模式是E-REV車輛的主要運行模式，該階段的控制也主要是對驅動電機的控制。驅動電機的控制接受上層控制層的需求轉矩、轉速等指令，然后根據驅動電機自身的特性計算出當前轉速條件下所能發生的峰值轉矩，將峰值轉矩和需求轉矩進行對比，判斷得出此時驅動電機以峰值轉矩工作還是以需求轉矩工作。因為電機可以多象限運行，包括正轉、正轉制動、反轉和反轉制動，故整車控制器根據收集的不同需求信號來控制驅動電機的輸出。為了確定動力電池的工作狀態，需要驅動電機輸出其功率?？刂屏鞒倘鐖D3-22所示。

2.增程式驅動模式控制策略

純電動模式下，當車輛運行到動力電池的SOC值低于設定的最低門限值SOC_H時，增程器APU模塊開啟。此時，發動機工作于高效區域，帶動發電機發電，為驅動電機提供電能來驅動車輛，并將多余的電能存儲于動力電池中。E-REV進入增程模式后，有兩條能量傳遞路線：一條為發動機—發電機—傳動系—電機；另一條路線是經過動力電池環節的能量傳遞，路線為發動機—發電機—動力電池—電動機。

為了比較兩條能量傳遞路線的動力性和經濟性，設在傳動系統的最末端驅動電機的需求功率都為P_req，發動機的輸入功率分別設為P_e1和P_e2。按照第一條路線，需求功率經過發電機的轉化后傳遞給驅動電機，經過這樣的能量轉化后的發動機能量利用率較高，發動機輸入功率為

式中， η_mc為電機的效率；η_g為發動機到發電機的效率。

第二條能量傳遞路徑是在發動機作為動力源且有剩余功率時，剩余的能量轉化成電能存儲在動力電池中。這種情況下發動機/發電機組提供的電能非常充足，也就是說發動機所提供的功率可以滿足所有工況需求。當車輛行駛所需的功率或者轉矩較小時，發動機富余能量提供給動力電池，此時的發動機輸入功率為

式中， η_ch為動力電池的充電效率；η_dis為動力電池的放電效率。

可以看出，在發動機的輸出功率一定的情況下，第一條能量傳遞路線的經濟性更好。因為電池的充放電效率相對較低，所以第二種能量傳遞路線的能量損失較大。但從整車運行工況來看，如果只采用第一種能量傳遞路線，所對應的發動機運行狀態與傳統發動機一樣，能量利用率非常低。因為應根據不同的工況分析這兩條不同的能量傳遞路線。

電池放電效率與電池的放電功率和電池內部存儲的功率有關，根據發動機的萬有特性曲線，標記出發動機燃油經濟性的最優工作區，并計算動力電池的充電效率和放電效率。電池放電效率為

式中， P_dis為放電功率；P_store為電池內部存儲功率。

放電功率為

式中，P_req為汽車需求功率。

電池充電效率為

式中， P_ch為充電功率；I_dis為放電電流；I_ch為充電電流；R_dis為放電內阻；R_ch為充電內阻。

放電電流為

式中， U_dis為放電電壓。

充電電流為

式中，U_ch為充電電壓。

電機轉速為

式中，k（t）為車輛的傳動比。

電機轉矩為

因為在 CS 模式下的動力電池， SOC值變化不大，所以工況的不同對 U_dis、U_ch和R_dis、 R_ch等參數數值的影響很小。為了計算簡便，將這4個參數看作常量。

通過以上的計算公式，結合匹配得到的部件參數，得出兩種能最傳遞路線的發動機臨界值為P_r，發動機高效區域在n_e1 ～n_e2 ，發動機的最優工作區域為P_e1 ～P_e2。

因為動力電池在SOC值為SOC_H～SOC_max時是高效放電區，所以將該區域設定為工作區。為了減少電池的充放電損失，提高能量轉換效率，動力電池SOC的工作區間應該在其充放電時內阻相對較低的區域。另外，使電池電量保持在中間SOC值范圍內，能有效延長電池壽命。

為了保證車輛運行時電池能夠隨時高效地輸出和接收電能以及保證電池的安全性，能量管理策略需要維持動力電池SOC的平衡。電池的SOC工作范圍與需要主動充電的SOC工作區間如圖3-23所示，圖中內阻值為單個模塊的內阻。

通過對發動機工作區域的劃分以及動力電池最優充放電SOC區域值的劃分，將驅動模式下的工作狀態分為6個區域，見表3-3。此外，將需求功率小于0的狀態，定義為制動能量回收階段。

根據以上的工作狀態，得出控制流程狀態轉換邏輯框圖，如圖3-24所示。